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试述振动环境微振动下超精密加工设备响应设计

收藏本文 2024-03-16 点赞:32247 浏览:146057 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:精密和超精密加工技术是现代高科技产业进展的基础,也是综合国力的重要标志。加工精度的保证和提升是该领域探讨和进展的目标所在,而对加工精度产生影响的主要因素是加工历程中的微振动。为探讨超精密加工设备对环境微振动的响应及其对加工精度造成的影响,本论文以某超精密加工机床为探讨背景,主要以以下方面进行了探讨:(1)浅析影响超精密加工机床精度的环境微振动,对不同微振动的特点进行讨论,提出解决微振动不足的论述策略和措施;(2)通过试验模态浅析掌握了超精密加工机床的固有特性,并进行了设备工作下的动态响应测试,得出其振动制约指标的位移限值;(3)通过论述建模,对加工设备进行了模态浅析,并与试验结果比较,验证了有限元模型建立的合理性与有效性,同时为后续的探讨工作提供了必要条件;(4)浅析了超精密加工机床整体设计和关键部件对加工精度的影响,并利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,浅析加工设备主轴在不同转速下工作对其加工台面和加工刀具造成的振动干扰,结果表明主轴工作对系统的振动影响较大,位移响应均超过允许限制,其中,系统响应相对较小的工作转速为390r/min;(5)浅析了加工设备在实测环境振动下的时域和频域响应,其中时域浅析以加速度时程作为激励输入,而频域浅析则以加速度功率谱作为振动输入。通过模态动力浅析和随机振动浅析,表明其时域内的峰值响应以及频域内的均方根响应结果均不能满足50nm限制要求,且X和Z向的振动尤为显著,说明采取一定隔振措施的必要性;(6)以基础隔振的角度出发,浅析加工设备在微振动下的动态响应,与隔振前相比,其时域和频域响应均有显著降低,且能够满足限值要求;X和Z方向的隔振率高达90%;同时对隔振基础厚度和隔振弹簧刚度进行调整,浅析系统的响应变化。结果表明,规范倡议的基础厚度值偏于保守,可适当减小,而过大的基础厚度会使隔振效果降低;此外,增大弹簧刚度,会使系统的位移响应减小,且隔振效率在X方向最为显著;(7)对加隔振的系统,浅析当主轴以390r/min工作时,隔振弹簧刚度变化对其产生的影响。总体而言,X方向的响应变化较显著,而Y向和Z向变化相对较小;当弹簧刚度K=3.5×104N/m时,系统响应较大;隔振后的位移响应有所降低,但相比于理想指标还有待改善。通过对以上内容的探讨,初步掌握环境微振动对超精密加工设备的影响程度,并对环境微振动的隔离做一些尝试和探讨,为工程设计提出一定的合理化倡议。关键词:超精密加工论文加工精度论文微振动论文频域响应论文振动位移论文隔振设计论文

    摘要5-6

    Abstract6-11

    1 绪论11-19

    1.1 探讨背景及作用11

    1.2 超精密加工及影响加工精度因素的探讨近况11-15

    1.2.1 国内外精密和超精密加工的进展11-13

    1.2.2 超精密加工机床的进展13-14

    1.2.3 影响超精密加工精度的主要因素14-15

    1.3 微振动探讨近况15-17

    1.3.1 国外微振动探讨近况16

    1.3.2 国内微振动探讨近况16-17

    1.4 本论文主要探讨内容17-19

    2 环境振动的探讨19-43

    2.1 环境振动概述19-24

    2.1.1 环境振动的探讨进展19

    2.1.2 环境振动的特点19

    2.1.3 环境振动的评价标准19-21

    2.1.4 环境振动的振源21-23

    2.1.5 环境振动的传播23-24

    2.2 环境振动浅析策略24-31

    2.2.1 环境振动的统计特点24-27

    2.2.2 平稳随机历程和非平稳随机历程27-29

    2.2.3 系统对随机振动的响应29-31

    2.3 环境振动制约论述31-41

    2.3.1 被动制约31-40

    2.3.2 主动制约40-41

    2.3.3 半主动制约41

    2.3.4 混合制约41

    2.4 本章小结41-43

    3 超精密加工设备动力性能试验探讨43-52

    3.1 动力性能试验策略概述43-45

    3.1.1 试验模态策略的进展43-44

    3.1.2 试验模态浅析历程44-45

    3.2 超精密加工设备试验模态浅析45-49

    3.2.1 试验对象及特点45-46

    3.2.2 试验模态浅析装置46-48

    3.2.3 模态测试结果浅析48-49

    3.3 超精密加工设备动态响应测试49-51

    3.4 本章小结51-52

    4 超精密加工设备在微振动作用下的响应浅析52-76

    4.1 设备计算模态浅析52-54

    4.1.1 有限元模型的建立52-53

    4.1.2 计算模态浅析53-54

    4.2 设备对自身工作时的振动响应54-61

    4.2.1 设备结构对振动的影响54-57

    4.2.2 主轴旋转对设备振动影响的浅析57-61

    4.3 设备在外界环境振动下的响应浅析61-75

    4.3.1 实测环境振动浅析61-63

    4.3.2 时域浅析——瞬态动力有限元浅析63-68

    4.3.3 频域浅析——随机振动有限元浅析68-75

    4.4 本章小结75-76

    5 加隔振系统超精密加工设备的浅析76-97

    5.1 隔振系统设计76-77

    5.1.1 隔振系统设计依据76

    5.1.2 隔振系统计算模型76-77

    5.2 隔振系统对振动的响应浅析77-90

    5.2.1 时域浅析——模态动力有限元浅析77-82

    5.2.2 频域浅析——随机振动有限元浅析82-90

    5.3 参数变化对隔振效果的影响90-96

    5.3.1 隔振基础厚度对隔振效果的影响90-91

    5.3.2 隔振弹簧刚度对隔振效果的影响91-92

    5.3.3 工作转速下的隔振弹簧刚度影响92-96

    5.4 本章小结96-97

    6 结论与展望97-100

    6.1 结论97-98

    6.2 展望98-100

    致谢100-101

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